Η βαρύτητα είναι μία από τις τέσσερεις θεμελιώδεις δυνάμεις, παίζει καθοριστικό ρόλο στην αναζήτηση μιας ενοποιημένης θεωρίας όλων των αλληλεπιδράσεων. Το όριο της επιστήμης της βαρυτικής θεωρίας είναι διττό. Οι σημαντικές της εφαρμογές εκτείνονται τόσο στις πολύ μεγάλες αποστάσεις όπου η βαρυτική φυσική συνδέεται με την αστροφυσκή και την κοσμολογία όσο και στις πολύ μικρές αποστάσεις όπου σχετίζεται με την κβαντική φυσική και την φυσική των στοιχειωδών σωματιδίων που εξετάζονται στη σύγχρονη φυσική. Στην παρούσα διπλωματική εργασία παρουσιάζονται η εξέλιξη της θεωρίας , αναλύονται τα μοντέλα της βαρυτικής θεωρίας, ερμηνεύονται οι αποκλίσεις του πραγματικού πεδίου βαρύτητας από τα θεωρητικά μοντέλα και παρουσιάζονται οι βασικές φυσικές αρχές λειτουργίας των οργάνων και μετρικών διατάξεων για τη μέτρηση της έντασης της βαρύτητας της Γης.
Στο πρώτο κεφάλαιο μετά την ιστορική αναδρομή της Θεωρίας της Βαρύτητας, παρουσιάζεται η Νευτώνεια Βαρύτητα με τον νόμο της Παγκόσμιας Έλξης, την Εξίσωση Βαρυτικού Πεδίου του Νεύτωνα και τις Εξισώσεις Poisson και Laplace. Στη συνέχεια γίνεται αναφορά στη Γενική Θεωρία της Σχετικότητας, στις αρχές που τη διέπουν αλλά και στις προβλέψεις της. Περιγράφονται τα μαθηματικά εργαλεία μελέτης της Γ.Θ.Σ. και εξετάζεται η εξίσωση Einstein.. Δεχόμενοι την ύπαρξη ασθενούς βαρυτικού πεδίου εξετάζεται πως προκύπτουν τα βαρυτικά κύματα και αναλύονται οι κυριότερες πηγές δημιουργίας των βαρυτικών κυμάτων.
Στο δεύτερο κεφάλαιο παρουσιάζεται το αντικείμενο της βαρυτημετρίας που σήμερα ασχολείται με τη μελέτη του σχήματος και των διαστάσεων της Γης, επικεντρώνεται στη δημιουργία μοντέλων του πεδίου βαρύτητας της Γης. Στη συνέχεια στο γήινο πεδίο βαρύτητας εξετάζεται το πραγματικό και κανονικό πεδίο βαρύτητας και η σχέση δυναμικού και γεωμετρίας της πραγματικής και κανονικής βαρύτητας, όπως και οι μεταβολές έντασης της βαρύτητας της γήινης επιφάνειας που οφείλονται στο μη σφαιρικό σχήμα της, στην περιστροφή της και στην ανομοιογένεια των συστατικών του εσωτερικού της. Για το λόγο αυτό οι διορθώσεις και οι αναγωγές της βαρύτητας διασφαλίζουν την ορθή ερμηνεία των τιμών της βαρύτητας μιας περιοχής ή συγκεκριμένων σημείων και απλοποιούν τους υπολογισμούς της έντασης της βαρύτητας. Αναφερόμενοι στις τεχνικές μέτρησης της βαρύτητας, στις επίγειες και στις δορυφορικές, δίνεται η δυνατότητα ανάλυσης, δορυφορικών μεθόδων για τη βελτίωση της γνώσης του πεδίου βαρύτητας της Γης. Τέλος εξετάζονται οι επίγειοι ανιχνευτές συντονισμού μάζας και συμβολόμετρου και γίνεται αναφορά στα διαστημικά προγράμματα ανίχνευσης των βαρυτικών κυμάτων.
Στο τρίτο κεφάλαιο, στα βαρυτήμετρα, παρουσιάζονται συνοπτικά οι βασικές αρχές στις οποίες στηρίζεται η λειτουργία των διαφόρων οργάνων των μετρικών διατάξεων που χρησιμοποιούνται για τη μέτρηση της έντασης της βαρύτηταςτης Γης, επεξηγώντας βασικές μαθηματικές σχέσεις που οδήγησαν στην εξέλιξη των μεθόδων που χρησιμοποιούνται στα σύγχρονα βαρυτημετρικά όργανα. Αναλύονται τα σχετικά βαρυτήμετρα που βρίσκουν εφαρμογή στις μετρήσεις για τη σχετική τιμή της βαρύτητας. Τέτοιου είδους βαρυτήμετρα είναι τα La Costa – Romberg Model – G και D, το Worden και τα EDSON Super – G. Στη συνέχεια παρουσιάζονται τα απόλυτα βαρυτήμετρα, τα οποία μετρούν τις απόλυτες τιμές της βαρύτητας, όπως το απόλυτο βαρυτήμετρο FG5, Α-10, FGL, καθώς και τα υπεραγώγιμα απόλυτα βαρυτήμετρα. Στις μετρήσεις στη θάλασσα και από αέρα αναφέρονται τα σύγχρονα βαρυτήμετρα θαλάσσης αέρος. Τέλος εξετάζονται τα υπερσύγχρονα υπεραγώγιμα βαθμιδόμετρα της βαρύτητας , με τα οποία είναι εξοπλισμένος ο δορυφόρος GOCE.
Gravity is one of the four fundamental forces, it plays a key role in seeking a unified theory of all interactions. The limit of the science of gravitational theory is twofold. Its important appli-cations extend to the very long distances where gravitational physics is associated with astro-physics and cosmology and at very small distances where it is related to the quantum physics and physics of elementary particles contemplated in modern physics. In the present thesis we present the evolution of the theory, we analyze the models of gravitational theory, we interpret the devia-tions of the real field of gravity from the theoretical models and present the basic physical princi-ples of operation of the instruments and the metric devices for measuring the intensity of gravity of the Earth.
In the first chapter, following the historical retrospection of the Theory of Gravity, the Neu-ton-incification of Wave gravity is presented with the Law of the World Attraction, Newton's Gravity Field Equation and the Poisson and Laplace Equations. Then reference is made to the General Theory of Relativity, the principles that govern it, and its predictions. In this thesis we also describe the mathematical tools of the GGS study and the Einstein equation is considered. Accepting the existence of a weak gravitational field, gravitational waves are explored and the main sources of gravitational wave formation are analyzed.
In the second chapter we present the subject of gravimetry, which is currently concerned with the study of the shape and dimensions of the Earth, it focuses on the modeling of the gravita-tional field of the Earth. Then the gravitational field of gravity examines the real and normal gravitational field and the relation between potential and geometry of real and normal gravity, as well as changes in gravitational intensity of the earth surface due to its non-spherical shape, its rotation and heterogeneity Components of its interior. For this reason corrections and reductions of gravity ensure correct interpretation of gravity values of a region or specific points and simpli-fy gravity intensity calculations. With reference to gravity measurement techniques, terrestrial and satellite, it is possible to analyze satellite methods to improve knowledge of the Earth's gravi-tational field. Finally, the ground mass and intercooler resonance probes are examined and refer-ence is made to the gravity wave detection space programs.
In the third chapter, the gravimetry summarizes the basic principles underpinning the opera-tion of the various instruments of the metric devices used to measure the intensity of gravity of the Earth, explaining the basic mathematical relations that led to the evolution of the methods used in modern gravimetric instruments . We analyze the relative gravimetry that finds fit in the measurements for the relative gravity value. These gravimeters are La Costa - Romberg Model - G and D, Worden and EDSON Super - G. Then we present the absolute gravity meters, which measure the absolute values of gravity, such as the absolute gravimetrs FG5, A-10, FGL, as well as superconducting absolute gravimeters. Measurements at sea and air refer to modern sea air gravimeters. Finally, we examine the ultra-modern superconducting gravity gradiometers with which the GOCE satellite is equipped.
Σχήματα, διαγράμματα, εικόνες, φωτογραφίες, χάρτες
